4680電池有望量產(chǎn)，2022年會刮起大圓柱電池風(fēng)潮嗎？

外電報道稱，10月25日，在一場媒體圓桌會議上，松下首次發(fā)布了該公司的新產(chǎn)品，即4680電池，其存儲容量是現(xiàn)有電池的5倍，計劃2022年3月在日本開始試生產(chǎn)。松下方面表示，這款電池的發(fā)布將有助于深化其與特斯拉的商業(yè)合作。

而最近，坊間也傳出消息，特斯拉將于2022年上半年首次亮相4680電池，或率先配裝Model Y。據(jù)悉，4680電池的開發(fā)和測試進展順利，特斯拉對產(chǎn)品的測試結(jié)果較為滿意。

一個是帶貨能力超群的新能源領(lǐng)軍車企，一個是實力不容小覷的頭部電池供應(yīng)商，二者圍繞4680產(chǎn)品的應(yīng)用蠢蠢欲動，能否引發(fā)行業(yè)刮起大圓柱電池的新風(fēng)潮?

特斯拉帶火4680電池

在去年電池日上，特斯拉以一己之力將4680電池推到臺前，對外介紹了其在產(chǎn)品形狀、正負極材料、工藝優(yōu)化等方面的一系列創(chuàng)新。據(jù)了解，這款長度增加、直徑變大的大圓柱電池，能量密度提高5倍，功率提高6倍，可使車輛續(xù)駛里程增加16%。當(dāng)時，特斯拉方面宣稱，其美國加州弗里蒙特工廠已在少量試生產(chǎn)4680電芯，公司希望2021年底實現(xiàn)10GWh產(chǎn)能的目標(biāo);而德國柏林工廠將是特斯拉首家成熟生產(chǎn)4680電芯的工廠，年產(chǎn)能將是弗里蒙特工廠的數(shù)倍，預(yù)計產(chǎn)能250GWh。

具體而言，相比傳統(tǒng)圓柱電池，4680電池的性能明顯提升：一是空間利用率提高，圓柱體積的增大可以減少電池單體數(shù)目;二是生產(chǎn)成本降低，單體能量密度增加，意味著電芯數(shù)量的減少;三是快充性能改善，15分鐘內(nèi)可將電池從0充至80%的電量，功率密度峰值可達1000W/kg以上。

如今，特斯拉又朝著正式生產(chǎn)4680電池芯向前邁進了一步?；ヂ?lián)網(wǎng)上有一段視頻顯示，一大批貨物從特斯拉陽極和陰極生產(chǎn)線，運到了其得克薩斯州奧斯汀工廠內(nèi)。

與此同時，特斯拉的配套供應(yīng)商松下也在4680大圓柱電池上取得了新進展。松下方面介紹稱，4680大圓柱形電池專為滿足特斯拉電動汽車的要求而制造，每個電池的額定容量為9000毫安，生產(chǎn)成本減半。今年，松下已在日本建立一條4680電池的測試線。松下方面還表示，如果能以比同行更高的效率生產(chǎn)這款電池，將考慮對這項技術(shù)進行大規(guī)模投資，并向特斯拉以外的車企供應(yīng)。

大圓柱電池迎來研發(fā)高潮

事實上，國內(nèi)動力電池企業(yè)也在同步進行大圓柱電池的研發(fā)。比克電池首席科學(xué)家林建在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，通過對正負極材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，其全極耳大圓柱產(chǎn)品開發(fā)進度符合預(yù)期，在兼顧能量密度的基礎(chǔ)上快充性能提升了3倍，目前產(chǎn)品已為部分客戶送樣，在滿足市場需求的基礎(chǔ)上，測試結(jié)果部分性能優(yōu)于預(yù)期。

據(jù)了解，在圓柱、軟包及方形三種不同類型的電池電芯中，圓柱電池的裝車量并不高。受特斯拉國產(chǎn)化的帶動，國內(nèi)圓柱電池的裝車量才重回正增長，2020年達到8.35 GWh，占國內(nèi)新能源汽車電池裝車量的13%。

“圓柱電池的優(yōu)勢在于，多單體并聯(lián)的冗余可靠性、單體熱失控不傳遞的安全性、充放電中橫向尺寸的穩(wěn)定性。隨著電池一致性和安全技術(shù)的進步，允許電芯單體容量逐步增大;而且4680全極耳概念對快充、大功率放電、熱管理都有很大意義。所以圓柱電芯走向4680是順理成章的事情。”林建向記者介紹道。

雖然圓柱電池卷繞工藝成熟、生產(chǎn)成本低，但也存在不足。4680電池在增大尺寸的同時，減少了電芯，每個電芯在充放電時都要承受更大的電流，發(fā)熱也會更多，且成組后體積能量密度稍低。

針對這些短板，企業(yè)進行了技術(shù)創(chuàng)新，加以改良。特斯拉主要采用無極耳技術(shù)并改變正負極材料。據(jù)了解，無極耳電池的制造過程更加簡單，所用零件較少，可進一步提高產(chǎn)品能量密度，實現(xiàn)更好的充放電循環(huán)。特斯拉4680電池的負極材料使用了硅，同時進一步降低了正極材料中鈷的含量，不僅可有效降低成本，而且在一定程度上能規(guī)避鈷資源短缺的問題。此外，特斯拉還通過一系列材料升級和工藝調(diào)整，使得電池內(nèi)部電子通路變得更短，從而降低了發(fā)熱的概率，在增加能量密度的同時解決了散熱的問題。

比克電池則采用了全極耳技術(shù)路線。林建指出，電池單體電芯尺寸做大以后，單極耳的結(jié)構(gòu)無法滿足功率的要求，單純增加極耳數(shù)量首先會增加工藝難度及不確定性，其次也無法從根本上改善圓柱電芯的功率性能。針對于此，比克電池在戰(zhàn)略性探索大尺寸圓柱電池的同時，布局了全極耳技術(shù)。經(jīng)過多年的探索，比克電池在2019年前后，形成了獨有的全極耳技術(shù)路線。“我們已在21700、32105等型號的電芯上驗證了這項工藝，受到國外客戶的廣泛認(rèn)可。”他說。

市場潛力有待進一步挖掘

除上文提到的企業(yè)外，國內(nèi)外不少動力電池供應(yīng)商也將目光聚焦于4680大圓柱電池上。比如，LG能源、三星SDI、億緯鋰能、蜂巢動力就相繼投身于4680技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)。

近日，韓國媒體報道稱，三星SDI和LG能源完成了性能更強的4680電池的樣品開發(fā)，目前正在進行測試，以驗證其結(jié)構(gòu)完整性。

億緯鋰能基礎(chǔ)材料與技術(shù)研究室主任冀亞娟表示，該公司布局了4680和4695兩款大圓柱電池，預(yù)計2023年產(chǎn)能釋放20GWh，2024年達到40GWh。

蜂巢能源董事長兼首席執(zhí)行官楊紅新認(rèn)為，大圓柱電池的市場前景廣闊，在高性能跑車、SUV等領(lǐng)域具有應(yīng)用優(yōu)勢，以此為突破口，圓柱電池可與方形、軟包電池展開競爭。今年，蜂巢能源也將切入大圓柱電池領(lǐng)域。

“對于車企來說，大圓柱電池的重要性在于提高能量密度并降低生產(chǎn)成本。”一位不愿透露姓名的新能源汽車企業(yè)相關(guān)負責(zé)人對記者說，按照特斯拉公布的4680電池數(shù)據(jù)來看，成本降低50%是非?？捎^的數(shù)字。隨著4680電池的量產(chǎn)推進，特斯拉的整車制造成本有望顯著下降。而在新能源汽車上，目前最大的成本占比就是動力電池。“對于動力電池企業(yè)來說，誰掌握了高性價比電池，誰就相當(dāng)于掌握了車企的訂單。”他說。

在新能源與智能網(wǎng)聯(lián)汽車獨立研究者曹廣平看來，動力電池的形狀、規(guī)格、尺寸，本質(zhì)上由其結(jié)構(gòu)、材料體系及使用特性決定。在方形、軟包與圓柱電芯中，圓柱電芯制造工藝相對簡單，由于是從電子消費品領(lǐng)域中沿用過來的，所以成本稍低。但是，新能源汽車領(lǐng)域所用的動力電池容量較大，所以有增大電芯尺寸的客觀要求，以減少電芯數(shù)量，從而提高電池包的能量密度并簡化、降低電池管理和熱管理設(shè)計與難度。

“大圓柱電池的應(yīng)用潛力很大，特別是在高端乘用車和商用車市場。此外，它不僅可以配套整車，一些續(xù)航要求較高的短途出行工具和終端設(shè)備同樣適用。”林建表示，圓柱電池在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用價值依然存在，其高一致性和低成本的優(yōu)勢仍能在一些細分領(lǐng)域找到合適的生存空間。隨著量產(chǎn)上市，大圓柱電池會得到更多車企的青睞。